TWI535856B - High strength spring roller and high strength spring - Google Patents

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Description

高強度彈簧用輥軋材及高強度彈簧用線
本發明有關一種高強度彈簧用輥軋材以及使用該輥軋材之高強度彈簧用線。詳言之，本發明有關一種於調質、即已經淬火回火之狀態下使用之作為高強度彈簧的素材有用之輥軋材及高強度彈簧用線，特別是一種淬火回火後之腐蝕疲勞特性優異之輥軋材、及線加工後之抗拉強度即便是1900MPa以上之高強度但腐蝕疲勞特性仍然優異之高強度彈簧用線。
汽車等所用之螺旋彈簧，例如引擎或是懸吊系統等所使用之閥彈簧、懸架彈簧等，為了減少廢氣或燃料費用，被要求能輕量化、高強度化。又，高強度化之彈簧，其缺乏韌延性，且易於產生氫脆，以致腐蝕疲勞特性降低。因此，彈簧之製造中所使用之高強度彈簧用鋼線(以下，有將鋼線記載為線(wire)之情況)乃被要求具有優異之腐蝕疲勞特性。腐蝕疲勞破壞係因腐蝕所產生之氫侵入鋼中，而由該氫所導致之鋼材脆化所引起，為了改善腐蝕疲勞特性，有必要改善鋼材之耐蝕性及耐氫脆性。
作為高強度彈簧用輥軋材之腐蝕疲勞特性之提昇方法，已知的是以化學組成來控制等等。然而，此等方法中，因多量使用合金元素，以製造成本之增加或是節約資源之觀點來看不一定能滿足期待。
且說作為彈簧之製造方法，已知的有將鋼線加熱於淬火溫度而熱間成形成彈簧形狀後，再予油冷回火之方法，以及將鋼線淬火回火後再冷間成形成彈簧形狀之方法。又，後者之冷間成形方法中，以高頻加熱進行成形前之淬火回火此點也已為人所知，例如專利文獻1中曾揭示一種在將線材冷間拉拔後，以高頻感應加熱進行淬火回火而調整組織之技術。根據此一技術，波來鐵之組織分率係設為30%以下，包含麻田散鐵及變韌鐵之組織分率係設為70%以上，而後再以特定之剖面縮減率進行冷間拉拔，繼之再進行淬火回火，藉而使未溶解碳化物減少，而提昇延遲破壞特性。
根據專利文獻2，其實施例中係將輥軋線材予以伸線，再做高頻加熱實施淬火回火處理。此一技術主要係著眼於兼顧高強度與盤繞性等之成形性，對於腐蝕疲勞特性則未作任何考慮。
專利文獻3係著眼於以自室溫昇溫至350℃時放出之總氫量所評估之鋼中氫量，提案一種在強伸線加工條件下之伸線加工性優異之熱間輥軋線材。然而專利文獻3中，在僅著眼於強伸線此一特殊加工下之伸線性之餘，對於懸架彈簧等之中最重要之淬火回火後之腐蝕疲勞特性 則未做任何考慮。
〔先行技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本特開2004-143482號公報
〔專利文獻2〕日本特開2006-183137號公報
〔專利文獻3〕日本特開2007-231347號公報
本發明係有鑑上述情事開發而成者，其目的係在提供一種熱間盤繞及冷間盤繞之高強度彈簧用之素材，即便是抑制合金元素之添加量也仍可發揮淬火回火後優異之腐蝕疲勞特性；以及提供一種自如是之輥軋材所獲得之高強度彈簧用線。
可解決上述課題之本發明之高強度彈簧用輥軋材，其特徵為：以質量%計分別含有：C：0.39~0.65%，Si：1.5~2.5%，Mn：0.15~1.2%，P：大於0%且0.015%以下，S：大於0%且0.015%以下， Al：0.001~0.1%，Cu：0.10~0.80%，Ni：0.10~0.80%及O：大於0%且0.0010%以下，且其餘部分為鐵及不可避免之雜質；平均直徑為25μm以上之氧化物系夾雜物，每100g鋼材中為30個以下，且非擴散性氫量為0.40質量ppm以下。
又，求取氧化物系夾雜物之平均直徑時，係利用EPMA(Electron Probe Micro Analyser：電子探針微分析器)進行觀察，分別測定氧化物系夾雜物之長徑與短徑，將氧化物系夾雜物之長徑與短徑之平均值，即長徑與短徑之和除以2所得之值作為平均直徑。此一平均值成為25μm以上之夾雜物，將作為本發明中之個數測定對象。
本發明之高強度彈簧用輥軋材，較佳的是進而含有以質量%計之屬於以下(a)~(d)之任一者之1種以上：
(a)Cr：大於0%且1.2%以下
(b)Ti：大於0%且0.13%以下
(c)B：大於0%且0.01%以下
(d)Nb：大於0%且0.1%以下與Mo：大於0%且0.5%以下之至少1種。
本發明亦包含含有如上述任一項之鋼之化學成分，且回火麻田散鐵之面積率為80%以上，而且抗拉強 度為1900MPa以上之高強度彈簧用線。
根據本發明，即使未多量添加合金元素，也仍可減少輥軋材中之氧化物系夾雜物，而抑制非擴散性氫量，因此即使是淬火回火後也仍能發揮優異之腐蝕疲勞特性。根據此種輥軋材，即使壓抑鋼材成本也仍可提昇線之腐蝕疲勞特性，因此可廉價地供給腐蝕疲勞破壞極不易發生之高強度彈簧，例如汽車用零件之一的懸架彈簧等之螺旋彈簧等等。
第1圖係表示輥軋材中之夾雜物數或非擴散性氫量對於腐蝕疲勞特性所造成的影響之標繪圖
若線之腐蝕進行，線材表面將會產生凹坑，而且因腐蝕所造成之減薄，線材之線徑會變細。又，因腐蝕而發生之氫會侵入鋼中而產生因氫所導致之鋼材脆化。腐蝕疲勞破壞係以此等腐蝕凹坑、減薄部位、鋼材脆化部為起點而產生。是以，腐蝕疲勞破壞可藉由線材之耐氫脆性與耐蝕性之提昇而獲改善。
發明人等就對於耐氫脆性及耐蝕性會造成影 響之因子從各種角度進行研討。其結果明白顯示，若是將鋼中之特定大小之氧化物系夾雜物的個數、以及在鋼中氫量之中特別是非擴散性氫量之兩者適當控制所得之輥軋材作淬火回火處理，則可大幅提昇腐蝕疲勞特性。另又究明，鋼中若有大型的氧化物系夾雜物多量存在，則不只大氣耐久性降低，其周圍亦會形成「應變場」，而成為氫聚集部位，而特別使其周圍之粒界脆化，以致降低腐蝕疲勞特性。
藉由將氧化物系夾雜物與氫量適當控制，即便是減少耐蝕性改善元素之添加量，也仍可使腐蝕疲勞特性提昇。以下，兹就本發明所規定之氧化物系夾雜物個數、鋼中之非擴散性氫量、化學組成之要件進行說明。
氧化物系夾雜物個數
鋼中若是有大型的氧化物系夾雜物存在，則不只大氣耐久性降低，且其周圍會形成應變場，而成為氫聚集部位，特別使其周圍之粒界脆化，降低腐蝕疲勞特性。為了減輕對於腐蝕疲勞特性之不良影響，平均直徑25μm以上之氧化物系夾雜物之個數，有必要設成每100g鋼材中為30個以下(以下，或將其記載為「30個/100g以下」)。氧化物系夾雜物之個數，宜為20個/100g以下，更好的是10個/100g以下。為了提昇腐蝕疲勞特性，雖無設置氧化物系夾雜物之個數之下限的必要，但若為設成0個/100g則需耗費製造成本，因此在工業生產 上，宜為2個/100g以上。氧化物系夾雜物之平均直徑若為25μm以上，則會成為應力集中源而成為破壞起點，以致腐蝕疲勞特性降低，而平均直徑小於25μm者，則對腐蝕疲勞特性不會造成不良影響。
非擴散性氫量
本發明之輥軋材中，非擴散性氫量有必要設為0.40質量ppm以下。輥軋材中非擴散性氫量若多，則淬火回火後之線中非擴散性氫也會增多。線之非擴散性氫若是多，則至線材脆化之前進一步侵入之氫的容許量減少，在作為彈簧使用中侵入之即使是少量的氫也會引起線材脆化，使得早期破壞易於產生，以致耐氫脆性降低。非擴散性氫量宜為0.35質量ppm以下，更好的是0.30質量ppm以下。非擴散性氫量雖愈少愈好，但設為0質量ppm有所困難，下限設為0.01質量ppm左右。
又，非擴散性氫係指後述實施例中記載之方法所測定之氫量，具體而言，係指將鋼材以100℃/小時昇溫時，於300~600℃放出之氫量之總量。
本發明相關之高強度彈簧用輥軋材，係合金元素之含量被抑制之低合金鋼，其化學組成係如下所示。又，本發明亦包含將上述輥軋材伸線後再實施淬火回火所得之線，其化學組成係與輥軋材之化學組成相同。本說明書中，化學組成係指質量%。
C：0.39~0.65%
C係為確保彈簧用鋼線之強度必要之元素，且亦為生成成為氫捕捉位點之微細碳化物的層面有必要之元素。基於如是之觀點，C量定為0.39%以上。C量之較佳下限為0.45%以上，更好的是0.50%以上。然而，C量若是過量，淬火回火後也會易於生成粗大之殘留沃斯田鐵或是未固溶之碳化物，而有耐氫脆性反而降低之情形。又，C也是會使耐蝕性劣化之元素，因此為了提昇最終製品之懸架彈簧等之彈簧製品之腐蝕疲勞特性，有必要抑制C量。基於如是之觀點，C量係定為0.65%以下。C量之較佳上限為0.62%以下，更好的是0.60%以下。
Si：1.5~2.5%
Si係為確保強度必要之元素，具有將碳化物微細化之效果。為了有效發揮如是之效果，Si量係定為1.5%以上。Si量之較佳下限為1.7%以上，更好的是1.9%以上。另一方面，Si亦為促進脫碳之元素，因此Si量若是過量，則線材表面之脫碳層形成獲得促進，必須要有用以削除脫碳層之剝離步驟，招致製造成本之增加。又，未固溶碳化物也會變多，以致耐氫脆性降低。基於如是之觀點，Si量定為2.5%以下。Si量之較佳上限為2.3%以下，更好的是2.2%以下，再好的是2.1%以下。
Mn：0.15~1.2%
Mn係作為脫氧元素利用，且可與鋼中之有害元素S反應而形成MnS，係一種對S之無害化有益之元素。又，Mn還是對強度之提高有貢獻之元素。為了有效發揮此等效果，Mn量係定為0.15%以上。Mn量之較佳下限為0.2%以上，更好的是0.3%以上。然而，Mn量若是過量，則韌性降低以致鋼材脆化。基於如是之觀點，Mn量係定為1.2%以下。Mn量之較佳上限為1.0%以下，更好的是0.85%以下。
P：大於0%且0.015%以下
P為一種會使線材等之輥軋材之延性，例如盤繞性等劣化之有害元素，因此期望能儘量少。又，P易於偏析於粒界，而招致粒界脆化，且因氫之故粒界會變得易於破壞，對於耐氫脆性帶來不良影響。基於如是之觀點，P量定為0.015%以下。P量之較佳上限為0.010%以下，更好的是0.008%以下。P量雖愈少愈好，但一般含0.001%左右。
S：大於0%且0.015%以下
S與上述P相同，係一種會劣化輥軋材之盤繞性等之延性的有害元素，宜儘可能少。又，S易於偏析於粒界，而招致粒界脆化，且因氫之故粒界會變得易於破壞，對於耐氫脆性帶來不良影響。基於如是之觀點，S量定為0.015%以下。S量之較佳上限為0.010%以下，更好的是 0.008%以下。S量雖愈少愈好，但一般含0.001%左右。
Al：0.001~0.1%
Al主要係作為脫氧元素添加。又，其會與N反應形成AlN而使得固溶N無害化，且對組織之微細化亦有貢獻。為了充分發揮此等效果，Al量定為0.001%以上。Al量之較佳下限為0.002%以上，更好的是0.005%以上。然而，Al與Si相同也是一種會促進脫碳之元素，在Si多量含有之彈簧用鋼中，有必要抑制Al量，本發明中Al量係定為0.1%以下。Al量之較佳上限為0.07%以下，更好的是0.030%以下，特別好的是0.020%以下。
Cu：0.10~0.80%
Cu係一種對於表層脫碳之抑制或是耐蝕性之提高有效之元素。因此Cu量係定為0.10%以上。Cu量之較佳下限為0.15%以上，更好的是0.20%以上。然而，Cu若是過量含有，則在熱間加工時會發生破裂，或是成本增加。因此，Cu量定為0.80%以下。Cu量之較佳上限為0.70%以下，更好的是0.60%以下。Cu量為0.48%以下、為0.35%以下、或是0.30%以下亦佳。
Ni：0.10~0.80%
Ni與Cu相同，為一種對表層脫碳之抑制或是耐蝕性之提昇有效之元素。因此Ni量係定為0.10%以上。Ni量 之較佳下限為0.15%以上，更好的是0.20%以上。然而，Ni若是過量含有則會招致成本增加。因此Ni量係定為0.80%以下。Ni量之較佳上限為0.70%以下，更好的是0.60%以下。Ni量為0.48%以下、0.35%以下、或0.30%以下亦佳。
O：大於0%且0.0010%以下
鋼材中若是有氧存在，則會形成Al2O3、SiO2、CaO、MgO、TiO2等之氧化物系夾雜物。氧化物系夾雜物為硬質，與周圍之質地會因硬度差而在氧化物系夾雜物之周圍產生應變。於此一應變處氫會聚集，而使周圍之粒界脆化。因此，降低氧量對於腐蝕疲勞特性之提昇事關重要。因此，O量之上限定為0.0010%以下。較好的是0.0008%以下，更好的是0.0006%以下。另一方面，O量之下限就工業生產上而言，一般是在0.0002%以上。
本發明輥軋材之基本成分係如上述，其餘部分實質上為鐵。惟依原材料、資材、製造設備等之狀況攜入之Ca、Mg、N等不可避免之雜質當然亦容許含於鋼中。本發明之彈簧用輥軋材，雖可以上述化學組成達成高強度且優異之盤繞性與耐氫脆性，但因應用途以提昇耐蝕性等為目的，也可進而含有下述元素。
Cr：大於0%且1.2%以下
Cr係為提昇耐蝕性有效之元素。為了有效發揮如是 之效果，Cr量以0.05%以上為宜，更好的是0.08%以上，再好的是0.10%以上。然而，Cr係一種碳化物生成傾向強，在鋼材中會形成獨自之碳化物，且在滲碳體中易於以高濃度溶入之元素。含有少量之Cr雖屬有效，但因高頻加熱中淬火步驟之加熱時間為短時間，因此將碳化物、滲碳體等溶入母材之沃斯田鐵化將易於變得不充分。為此，若多量含有Cr，則Cr系碳化物或是金屬Cr以高濃度固溶之滲碳體之溶解殘餘物將會產生，而成為應力集中源易於破壞，導致耐氫脆性劣化。因此，Cr量宜為1.2%以下，更好的是0.8%以下，再好的是0.6%以下。
Ti：大於0%且0.13%以下
Ti係一種會與S反應而形成硫化物，對於謀求S之無害化有用的元素。又，Ti會形成碳氮化物而對組織之微細化亦有效果。為了有效發揮如是之效果，Ti量宜為0.02%以上，更好的是0.05%以上，再好的是0.06%以上。然而，Ti量若是過量，則有形成粗大之Ti硫化物以致延性劣化之情況。是以，Ti量宜為0.13%以下。就成本降低之觀點而言宜為0.10%以下，更好的是0.09%以下。
B：大於0%且0.01%以下
B為一種淬火性提昇元素，且具有強化舊沃斯田鐵結晶粒界之效果，係一種對於抑制破壞有貢獻之元素。為了有效發揮如是之效果，B量宜為0.0005%以上，更好的是 0.0010%以上。然而，B量若是過量則上述效果飽和，因此B量宜為0.01%以下，更好的是0.0050%以下，再好的是0.0040%以下。
Nb：大於0%且0.1%以下與Mo：大於0%且0.5%以下之至少1種
Nb會與C、N形成碳氮化物，主要為一種對於組織微細化有貢獻之元素。為了有效發揮如是之效果，Nb量宜為0.003%以上，更好的是0.005%以上，再好的是0.01%以上。然而，Nb量若是過量，則粗大碳氮化物形成以致鋼材之延性劣化。是以，Nb量宜為0.1%以下。就成本降低之觀點而言，宜設為0.07%以下。
Mo也是與Nb相同，為一種與C、N形成碳氮化物，對於組織微細化有貢獻之元素。而且也是對於回火後之強度確保有效之元素。為了有效發揮如是之效果，Mo量宜為0.15%以上，更好的是0.20%以上，再好的是0.25%以上。然而，Mo量若是過量，則粗大碳氮化物形成而導致鋼材之例如盤繞性之延性劣化。是以，Mo量宜為0.5%以下，更好的是0.4%以下。
Nb及Mo可分別單獨含有，也可組合2種含有。又，本發明之輥軋材，作為不可避免之雜質含有N，其量宜調整於下述範圍。
N：大於0%且0.007%以下
N係不可避免之雜質中所含之元素，N量愈多則愈會與Ti或Al一起形成粗大之氮化物，而對疲勞特性造成不良影響。因此，N量宜儘可能少，例如為0.007%以下，更好的是0.005%以下。另一方面，N量若是過於減少，則生產性顯著降低。又，N會與Al一起形成氮化物而對結晶粒之微細化有貢獻。基於如是之觀點，N量宜為0.001%以上，更好的是0.002%以上，再好的是0.003%以上。
其次，針對本發明輥軋材之製造方法進行說明。於將具有上述化學組成之鋼熔製、連續鑄造、分塊輥軋、熱間輥軋此等一連串之步驟中，藉由將(A)熔鋼階段之氫量、(B)分塊輥軋前之均質化處理溫度及時間、及(C)熱間輥軋後之400~100℃為止之平均冷卻速度至少一者調整，可抑制輥軋材之非擴散性氫量。
為了將凝固後之鋼中之氫減少，有必要將鋼中之氫以擴散除去，為了自鋼材表面放出氫，為了使氫之擴散速度加快，高溫且長時間之加熱有效。具體而言，作為鋼中之氫量減少之方法，可擧出的是熔鋼階段之調整、凝固後1000℃以上之連續鑄造材料之階段之調整、熱間輥軋前之加熱階段之調整、輥軋加熱中之階段之調整、以及輥軋後之冷卻階段之調整。其中尤其是進行以下所示之(A)~(C)之非擴散性氫的減少處理之至少一者是為有效。
(A)於熔鋼處理時進行脫氣處理，將熔鋼中 之氫量設為2.5質量ppm以下。
例如，在2次精鍊步驟中於盛鋼筒中安裝具有二支浸漬管之真空槽，自一方浸漬管側面吹入Ar氣體，利用其浮力將熔鋼朝真空槽環流而進行真空脫氣此擧有效。此一方法在氫除去能力之層面優異。熔鋼中之氫量宜為2.0質量ppm以下，1.5質量ppm以下更好，特別好的是1.0質量ppm以下。
(B)分塊輥軋前之均質化處理(加熱)係在1100℃以上，宜在1200℃以上實施10小時以上。
(C)熱間輥軋後之400~100℃為止之平均冷卻速度係設為0.5℃/秒以下，較佳的是設為0.3℃/秒以下。
特別是鋼材之剖面積大之情況下，長時間之加熱雖有必要，但鋼材若長時間加熱則脫碳獲得促進，因此在此一情況下宜進行上述(A)而降低鋼中之氫量。
又，熱間輥軋後之線材卷捲取溫度TL或捲取後之400~100℃之溫度範圍以外之冷卻條件並無特別限定。
線材卷捲取溫度TL可設為例如900℃以上且1000℃以下，較好的是910℃以上，更好的是930℃以上。又，線材卷捲取溫度TL~650℃之平均冷卻速度可設為2℃/秒以上、5℃/秒以下。線材卷捲取溫度TL~650℃之平均冷卻速度之下限宜為2.3℃/秒以上，更好的是2.5℃/秒以上。此外，線材卷捲取溫度TL~650℃之平均冷卻速 度之上限，較好的是4.5℃/秒以下，更好的是4℃/秒以下。再者，650~400℃之平均冷卻速度可設為2℃/秒以下。650~400℃之平均冷卻速度，較佳的是1.5℃/秒以下，更好的是1℃/秒以下。該平均冷卻速度之下限並無特別限定，例如為0.3℃/秒左右。
氧化物系夾雜物之減少
為了減少氧化物系夾雜物，有必要將線材之氧含量設為規定值以下。又，藉由以鋁或是矽充分進行脫氧，並充分進行脫氣，可減少夾雜物而謀求高潔淨化，減少氧化物系夾雜物。
例如為了製造汽車等所用之螺旋彈簧，有必要將上述輥軋材作線加工，亦即作伸線加工而製造線，例如冷間盤繞彈簧，係於線加工後進行高頻加熱等之淬火回火，如是之線亦包含於本發明。
抗拉強度1900MPa以上之高強度線，可在將輥軋材線加工，即伸線加工後，以高頻加熱等進行淬火回火而獲得。具體而言，將上述輥軋材以5~35%左右之剖面縮減率實施伸線加工，而後以900~1000℃左右淬火，再以300~520℃左右進行回火。淬火溫度，為了充分沃斯田鐵化，宜為900℃以上，為防止結晶粒粗大化宜為1000℃以下。另，回火之加熱溫度，配合線強度之目標值可在300~520℃之範圍內作適切之溫度設定。又，以高頻加熱進行淬火回火時，淬火回火之時間分別為10~60 秒左右。
淬火回火後之組織，其回火麻田散鐵組織有必要設為80面積%以上。組織中未固溶之肥粒鐵或殘留沃斯田鐵之比率若多則強度降低。淬火回火後之組織，較佳的是其回火麻田散鐵組織為85面積%以上。為了使回火麻田散鐵組織之比率在80面積%以上，也是宜在淬火加熱時加熱於900℃以上而充分沃斯田鐵化後，再以水冷或油冷冷卻至100℃以下。
依此所得之本發明線可實現1900MPa以上之高抗拉強度。抗拉強度配合彈簧設計強度選擇即可，一般可選擇於1900MPa~2200MPa。抗拉強度之上限並無特別限定，大致為2500MPa左右。此外本發明之線，由於使用本發明之輥軋材，因此即便是1900MPa以上之高強度也仍可發揮優異之腐蝕疲勞特性。
本申請案主張基於2014年2月28日申請之日本發明申請第2014-039368號之優先權的利益。2014年2月28日申請之日本發明申請第2014-039368號說明書的所有內容在本申請案中係作為參考而援用。
以下，兹擧實施例將本發明更具體說明。本發明不受以下實施例之限制，只要是在適合前述、後述趣旨之範圍內當然可適當地加以變更實施，此等實施亦均包含於本發明之技術範圍內。
〔實施例〕
將下述表1~3所示之化學組成之鋼材以轉爐熔製法予以熔製、連續鑄造後，以1100℃以上進行均質化處理。均質化處理後，進行分塊輥軋，在以1000~1280℃加熱後進行熱間輥軋，獲得直徑14.3mm之輥軋材即線材。利用上述方法所獲得的熔鋼之脫氣處理之有無、捲取後之冷卻之有無即輥軋後之400~100℃下之冷卻是否在平均冷卻速度0.5℃/秒以下進行，係如下述表4~6所記載。
又，表4~6所示之熔鋼中之O量，係可藉由控制利用鋁或矽之脫氧的程度而作調整。
此時，熱間輥軋後之線材卷捲取溫度TL係設為950℃，捲取後之其他冷卻，TL~650℃為止係以4℃/秒之平均冷卻速度，650~400℃為止係以1℃/秒之平均冷卻速度進行冷卻。又，均質化處理之欄中記載「實施」之試驗例，係將1100℃下之均質化處理進行10小時以上，記載「-」之試驗例中，1100℃下之均質化處理之時間為小於10小時。
針對所得之線材，係以以下之要領測定其非擴散性氫量、氧化物系夾雜物之個數。其結果係示於表4~6中。又，表4~6中，輥軋材中之平均直徑25μm以上之氧化物系夾雜物之個數係以「輥軋材中之25μm以上之夾雜物個數」記載。
非擴散性氫量
自前述輥軋材亦即線材切出寬20mm×長40mm之試驗片。使用氣相層析儀裝置，將該試驗片以100℃/小時之昇溫速度昇溫，而測定300~600℃下之放出氫量，將其作為非擴散性氫量。
氧化物系夾雜物之個數
氧化物系夾雜物之個數，係求取50g之輥軋材樣本6個接受調査之結果的平均值，並將其換算成每100g中之個數而算出。夾雜物個數係由酸溶解法調査。將上述50g之樣本以酸溶解，將溶解殘餘之夾雜物殘留於濾紙上，以EPMA選別平均直徑25μm以上之夾雜物，並以EDX(Energy Dispersive X-ray Spectrometry：能量分散型X射線分析)分析之，選別氧化物系夾雜物。針對前述6個之各個樣本，測定平均直徑25μm以上之氧化物系夾雜物的個數求取其等之平均值，換算成鋼材每100g中之個數。此時，利用酸之溶解，係使用調整成使氧化物系夾雜物不溶解之硝酸。氧化物系夾雜物之平均直徑，係指長徑與短徑之平均值即長徑與短徑之和除以2所得之值。另，為了減少氧化物夾雜物個數，在轉爐熔製時係進行充分之真空脫氣，而實施氧之除去。
其次，將前述輥軋材伸線至直徑12.5mm，亦即進行冷間拉拔加工，又進行淬火回火。前述伸線之剖面縮減率約為23.6%，淬火回火之條件係以下所示。
淬火回火條件
‧高頻加熱
‧加熱速度：200℃/秒
‧淬火：950℃、20秒、水冷卻
‧回火：300~520℃之各種溫度、20秒、水冷卻
藉由進行上述之淬火回火，可獲得回火麻田散鐵之面積率占80%以上之組織。此一試驗中，確認所有回火麻田散鐵之面積率均在80%以上。
針對伸線及淬火回火後之線，進行抗拉強度、腐蝕疲勞特性之評估。其結果一併記載於下述表4~6中。
抗拉強度之測定
將淬火回火後之鋼線切斷成所定長度，於夾頭間距離200mm、拉伸速度5mm/min之條件下，依JIS Z2241(2011)進行拉伸試驗。
腐蝕疲勞特性之評估
腐蝕疲勞特性係在實施腐蝕處理後，進行小野式迴轉彎曲疲勞試驗，以其破斷壽命評估之。有關試驗片，係將經淬火回火之線予以切削，製作JIS Z 2274(1978)之1號試驗片。將此試驗片之平行部分以800號之砂紙研磨。以表面未施以噴珠處理之狀態進行試驗。首先，對於經加工之試驗片，基於以下之條件實施腐蝕處理。
腐蝕處理
使用35℃、5% NaCl水溶液作8小時之鹽水噴霧後乾燥之，於35℃、相對濕度60%之濕潤環境下保持16小時，將其作為1循環，全部重複進行10循環，依此對試驗片實施腐蝕處理。對於腐蝕處理後之試驗片，實施迴轉彎曲試驗，評估其腐蝕疲勞特性。各試驗之每個試驗使用10支試驗片，將負荷應力設定為500MPa而實施小野式迴轉彎曲疲勞試驗，測定各試驗片折損為止之疲勞壽命。測定10支試驗片之疲勞壽命的平均值，疲勞壽命之平均值若為10萬次以上則評估其腐蝕疲勞壽命優異。
由此等結果，可做以下般之考慮與詳察。即，表4所示之試驗No.1~16及表6所示之試驗No.32~48，係將鋼材之化學組成適切調整之鋼，根據上述較佳之製造條件製造，因此氧化物系夾雜物之個數、非擴散性氫量係符合本發明所規定之範圍。將如是般之線材作伸線加工、淬火回火後所得之線，均具有1900MPa以上之優異之抗拉強度。而且，淬火回火後之線，均可發揮10萬次以上之疲勞壽命，腐蝕疲勞特性優異。
相對於此，表5所示之試驗No.17~31，因其針對本發明所規定之鋼材之化學組成、氧化物系夾雜物之個數、非擴散性氫量之要件之至少一者不符合，而最終成為腐蝕疲勞特性劣化之結果。
試驗No.17、18係使用Cu、Ni未添加，或是不符合規定下限之鋼種17、18的例子，腐蝕疲勞特性劣化。試驗No.19~24係脫氧處理不充分且鋼中之O量過量之例子，其輥軋材中之氧化物系夾雜物之個數增多，腐蝕疲勞特性劣化。
試驗No.25~29，其鋼中之O量係經控制於適當之範圍內，由於上述非擴散性氫低減處理均未進行，因此輥軋材中之非擴散性氫量增多，疲勞壽命小於10萬次，腐蝕疲勞特性劣化。
試驗No.30、31係脫氧處理不充分且鋼中之O量過量之例子，而且上述非擴散性氫減低處理均未進行，因此輥軋材中之氧化物系夾雜物之個數增多，此外輥 軋材中之非擴散性氫量也增多，均為疲勞壽命小於10萬次，腐蝕疲勞特性劣化。
基於此等結果，將輥軋材中之氧化物系夾雜物的個數或非擴散性氫量對於腐蝕疲勞特性所造成之影響示於第1圖中。第1圖中，○記號之發明例，係表示表4之試驗No.1~16，×記號之比較例，係表示表5之試驗No.19~31，輥軋材中之氧化物系夾雜物的個數係以「夾雜物數」記載。由其結果可明顯得知，將氧化物系夾雜物之個數或非擴散性氫量嚴密地規定此擧，對於提昇腐蝕疲勞特性有效。
〔產業上之可利用性〕
本發明之輥軋材及線，可適用於汽車等所使用之螺旋彈簧，例如引擎或懸吊系統等所使用之閥彈簧、懸架彈簧等，在產業上有用。

Claims (3)

  1. 一種高強度彈簧用輥軋材，其特徵在於，以質量%計分別含有：C：0.39~0.65%，Si：1.5~2.5%，Mn：0.15~1.2%，P：大於0%且0.015%以下，S：大於0%且0.015%以下，Al：0.001~0.1%，Cu：0.10~0.80%，Ni：0.10~0.80%及O：大於0%且0.0010%以下，且其餘部分為鐵及不可避免之雜質；平均直徑為25μm以上之氧化物系夾雜物，每100g鋼材中為30個以下，且非擴散性氫量為0.40質量ppm以下。
  2. 如申請專利範圍第1項之高強度彈簧用輥軋材，其進一步含有以質量%計之屬於以下(a)~(d)之任一者之1種以上：(a)Cr：大於0%且1.2%以下(b)Ti：大於0%且0.13%以下(c)B：大於0%且0.01%以下(d)Nb：大於0%且0.1%以下與Mo：大於0%且0.5%以下之至少1種。
  3. 一種高強度彈簧用線，其特徵在於，將如申請專利範圍第1項或第2項之高強度彈簧用輥軋材予以伸線並進行淬火回火處理，使其回火麻田散鐵之面積率為80%以上，而且抗拉強度為1900MPa以上。
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